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证明液体会从下往上加压力

科普小知识2022-03-16 07:18:09
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没有学过物理学的人非常清楚,液体会向容器底部、侧面和容器壁施加向下的压力。然而,许多人没有想到液体会增加向上的压力。事实上,仅仅使用普通煤油灯的灯罩就能帮助我们意识到这种压力确实存在。从纸板上切下一个圆盘,略大于灯罩的开口。将它放在灯罩的顶部,将其倒置并放入水中,如图46所示。为了防止圆纸片从灯罩上掉下来,可以在圆纸片的中心穿一根细线。通过灯将纸引向顶部,用手拉动线,或者你可以用手指直接握住纸。当灯罩逐渐沉入水下一定深度时,圆纸会自行停留在灯罩口,不需要用电线或手指握住它:现在容器中的水握住了它,水从下到上对圆纸施加压力。

你甚至可以测量向上压力的大小。这很简单,只要小心缓慢地将水注入灯罩内,当灯罩内的水位接近灯罩外容器内的水位时,圆纸就会掉落。也就是说,纸下面的液体所施加的向上压力正好平衡了纸上面水柱的向下压力。这个水柱的高度等于水面下纸的深度。这是液体对浸没在液体中的所有物体施加压力的定律。著名的阿基米德原理告诉我们,液体中重力的“损失”也是从这里产生的。

如果你发现几个大小相同但形状不同的灯罩,你可以做另一个实验来证明关于液体的另一个定律,即液体对容器底部施加的压力只与底部面积和水面高度有关,而与容器的形状无关。这可以通过根据刚才提到的实验方法一次使用一个不同的灯罩,并且每次将灯罩浸泡到相同的深度来证明(可以预先用纸将标志粘贴在灯罩的相同高度上)。然后,你可以看到,每当灯罩中的水位达到相同的高度,纸就会掉下来(图47)。也就是说,只要各种形状的容器中水柱的底部面积和高度相同,它们的压力也相同。请注意,这里重要的只是高度,而不是长度,因为它更长。如果水位相等,倾斜水柱和较短的垂直水柱在容器底部(在相同的底部区域)具有完全相同的压力。